الملخص تستعرض هذه المقالة بصورة مبسطة المراحل الأساسية لتصميم الدائرة الإلكترونية لجهاز تخطيط القلب الكهربائي (Electrocardiogram, ECG)، بدءًا من التقاط الإشارة عبر الأقطاب (Electrodes)، مرورًا بتضخيمها وترشيحها، وانتهاءً بتحويلها إلى بيانات رقمية. كما توضح دور الواجهة التناظرية الأمامية (Analog Front-End, AFE) ومضخم القياس (Instrumentation Amplifier, IA) ومحوّل الإشارة التناظري إلى رقمي (Analog-to-Digital Converter, ADC)، مع إبراز اعتبارات جودة الإشارة وسلامة المريض. 1.المقدمة يسجل جهاز تخطيط القلب الكهربائي (ECG) النشاط الكهربائي للقلب بواسطة أقطاب (Electrodes) توضع على سطح الجسم. تكون الإشارة القلبية صغيرة، وقد تتأثر بجهد التلامس بين الجلد والقطب (Electrode-Skin Interface)، وانجراف خط الأساس (Baseline Wander)، وتداخل شبكة الكهرباء (Power-Line Interference)، وضوضاء العضلات وحركة الأقطاب (Motion Artifacts). لذلك يتطلب التصميم سلسلة مراحل ترفع الإشارة المفيدة وتحد من التشويش من دون تشويه شكل الموجة. 2.البنية العامة للدائرة تبدأ السلسلة بالأقطاب وواجهة الإدخال والحماية، ثم مضخم قياس تفاضلي ذي ممانعة دخل مرتفعة ونسبة رفض جيدة للإشارة المشتركة (Common-Mode Rejection Ratio, CMRR). تمر الإشارة بعد ذلك عبر مرشحات تماثلية، ثم إلى محوّل ADC، فإلى وحدة تحكم دقيقة (Microcontroller Unit, MCU) أو معالج رقمي للإشارة (Digital Signal Processor, DSP) من أجل العرض أو التخزين أو الإرسال. وتمثل هذه المراحل المسار الوظيفي الأساسي لدائرة ECG أحادية القناة. 3. مراحل تكييف الإشارة الأقطاب وواجهة الإدخال (Electrodes and Input Interface): تقيس الأقطاب فرق الجهد بين نقاط مختارة من الجسم. ويُراعى في الواجهة ارتفاع ممانعة الدخل (Input Impedance) لتقليل تحميل الأقطاب، مع إضافة حماية من الجهود العابرة وإمكان كشف انفصال القطب (Lead-Off Detection) بحسب التطبيق. كما يجب الحد من تأثير جهد نصف الخلية عند تماس القطب مع الجلد. مضخم القياس (Instrumentation Amplifier): يستخلص المضخم الفرق بين إشارتَي القياس ويضعف الجهد المشترك (Common-Mode Voltage) الذي يظهر على المدخلين معًا. ويُختار الكسب (Gain) بحيث يرفع الإشارة من دون أن يؤدي إلى تشبع المضخم بسبب الإزاحة المستمرة أو تغير ظروف الأقطاب. وفي بعض الأجهزة تُستخدم دائرة قيادة الطرف الأيمن (Right-Leg Drive, RLD) لتقليل الجهد المشترك، وفق تصميم الواجهة وعدد الأقطاب. الترشيح (Filtering): يحد المرشح عالي التمرير (High-Pass Filter, HPF) من انجراف خط الأساس، بينما يحد المرشح منخفض التمرير (Low-Pass Filter, LPF) من الضوضاء عالية التردد. ويمكن استخدام مرشح رفض الحزمة أو الشق (Notch Filter) لتقليل تداخل شبكة الكهرباء عند 50 أو 60 هرتز بحسب مصدرها. لا توجد إعدادات قطع واحدة تناسب كل التطبيقات؛ فالمراقبة المستمرة تختلف عن التسجيل التشخيصي. كما أن الترشيح الشديد قد يزيل ضوضاءً لكنه قد يشوه أجزاء مهمة من موجة ECG، لذلك يجب تقييم أثر المرشح على الإشارة المسجلة. التحويل والمعالجة الرقمية (ADC and Digital Processing): يحول محوّل ADC الإشارة التناظرية إلى عينات رقمية. ويُختار معدل أخذ العينات (Sampling Rate) والدقة أو عدد البتات (Resolution) وفق نطاق التردد ومتطلبات التطبيق. بعد ذلك يعرض المتحكم (MCU) أو معالج الإشارة (DSP) الموجة ويخزنها، وقد ينفذ ترشيحًا رقميًا أو حسابًا لمعدل القلب. وتجمع بعض الواجهات التناظرية الطبية بين مضخم قابل للبرمجة وADC في شريحة واحدة لتقليل عدد المكونات. .4 السلامة والتحقق السلامة والتحقق (Safety and Verification): لأن أقطاب ECG تتصل بجسم الإنسان، يجب مراعاة تيار التسرب (Leakage Current)، والعزل الكهربائي (Electrical Isolation) والحماية من الأعطال، والتوافق الكهرومغناطيسي (Electromagnetic Compatibility, EMC). يحتاج أي نموذج عملي إلى مراجعة هندسية واختبارات سلامة وأداء قبل الاستخدام الطبي. 5 .الخلاصة تنتج إشارة ECG الواضحة من تكامل الأقطاب وواجهة الإدخال والتضخيم التفاضلي والترشيح والتحويل الرقمي. وتتمثل مهمة التصميم في تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء (Signal-to-Noise Ratio, SNR) مع المحافظة على شكل الموجة القلبية، واختيار الإعدادات بما يناسب الاستخدام، وإدراج متطلبات السلامة والتحقق منذ المراحل الأولى للتطوير.